SE507076C2 - Antennelement - Google Patents

Description

20 25 30 35 sov 076 D å 2 Det väsentliga särdraget är arrangemanget där endast det ena matningselementet är symmetriskt, medan det andra matningsele- mentet är osymmetriskt i förhållande till den korsformiga aper- turens centrum, vilket gör det möjligt att undvara någon som helst korsande punkt hos matningsledningarna, trots att mat- ningsnätet är utformat i en enda, plan konfiguration. På grund av det osymmetriska matningsarrangemanget är det omöjligt att uppnå en helt balanserad excitation av tillhörande slits. Det har emellertid visat sig att obalansen i det exciterade fältet i denna slits kan begränsas till en acceptabel nivå, i synner- het om det ena matningselementet är beläget mycket nära aper- turcentrum och företrädesvis närmare centrum än det symmetriska matningselementet, vilket är uppdelat i två matningsledningar.

I en föredragen utföringsform sträcker sig det första matningselementets matningsledningar, i synnerhet i form av mikrostripledningar, väsentligen parallellt med varandra och vinkelrätt mot tillhörande slits, medan det andra matningsele- mentet är beläget mellan, ehuru på avstånd från ändpartierna hos det första matningselementets matningsledningar.

Dessa och andra särdrag anges i efterföljande patentkrav och kommer att framgå av nedanstående detaljbeskrivning.

Uppfinningen förklaras närmare nedan med hänvisning till rit- ningarna, som åskådliggör en föredragen utföringsform av upp- finningen.

Fig. 1 visar i perspektivvy (sprängskiss) ett antennelement en- ligt uppfinningen; Fig. 2 visar i planvy uppifrån de i fig. l visade matningsele- menten och den korsformiga aperturen; lO 15 20 25 30 35 (A) m ca sa ca ~:| c» Fig. 3 är ett diagram, som visar reflexionsförlusterna (return loss) för och isolationen mellan de båda kanalerna hos de dub- belpolariserade mikrovågorna.

Det i fig. 1 schematiskt visade antennelementet omfattar en flerskiktstruktur som innefattar ett övre, relativt tjockt di- elektrisk skikt 1 försett med en rektangulär patch 2, vilken utgör antennelementets strålande del, ett elektriskt ledande jordplanskikt 3 med en centralt belägen, korsformig apertur 4 liggande mitt för patchen 2, och ett undre dielektriskt, rela- tivt tjockt skikt eller substrat 5 med ett matningsnät 6 i plan konfiguration på undersidan, dvs. på den sida som är vänd bort från den korsformiga aperturen 4 för att säkerställa ett av- stånd däremellan motsvarande skiktets 5 tjocklek.

I det visade exemplet har det övre skiktet l en tjocklek på ca 15 mm och detta skikt är framställt av Rohacell-skummaterial.

Patchen 2 är tillverkad av aluminiumfolie och har en tjocklek på 50 um och en storlek på 54 x 50 mm.

Den korsformiga aperturen 4 är centrerad under patchen 2 och består av två inbördes vinkelräta slitsar 4a, 4b, vilka skär varandra i en punkt 4c belägen centralt under patchen 2. Den ena slitsen 4a är precis lika lång som patchens längre sida, dvs. 54 mm, medan den andra slitsen 4b är något kortare än patchens kortare sida, nämligen 44 mm. Bredden på varje slits 4a, 4b är 2 mm. Jämför även fig. 2, där den rektangulära konfi- gurationen motsvarar patchen 2.

Matningsnätet 6, som visas i fig. l och 2, består av mikrostripledningar anordnade i ett enda plan på undersidan av skiktet 5. Skiktet 5 är framställt av dielektriskt material (DiClad) och har en tjocklek på 0,7 mm svarande mot avståndet mellan matningsnätet och den korsformiga aperturen 4.

Matningsnätet 6 innefattar två matningselement 7 och 8 belägna och dimensionerade för excitation av ett elektriskt fält i 10 15 20 25 30 35 507 076 A 4 respektive aperturslits 4b, 4a, varvid varje matningselement hör till var sin av två dubbelpolariserade mikrovågskanaler hos antennelementet.

Det första matningselementet 7 är utformat på känt sätt med en gaffelliknande konfiguration innefattande två parallella mikrostripledningar 7a, 7b (var och en l0O§2) som avgrenats från en gemensam matningsledning 7c (50§2). De fria ändparti- erna eller ”stubbarna” 7aa och 7bb är var och en belägna på ett avstånd av ca 15 mm från tillhörande slits 4b. Såsom visas tyd- ligt i fig. 2 är matningsledningarna 7a, 7b symmetriska i för- hållande till en linjär axellinje som går genom den centrala punkten 4c (utmed slitsen 4a). Såsom likaledes är känt i och för sig är partierna 7aa, 7bb utböjda i sidled för att åstad- komma önskad impedansanpassning.

Det andra matningselementet 8 (BOQ) är å andra sidan osymmet- riskt anordnat på ena sidan om centrumpunkten 4c på avstånd från den senare. På detta sätt matas endast den ena halvan av slitsen 4a med mikrovågsenergi. Likafullt är kopplingen till patchen 2 tillräcklig för erhållande av fullgod funktion hos tillhörande kanal. Den andra matningsledningen 8 är förskjuten mot centrumpunkten 4c i sin aktiva del 4a i närheten av slitsen 4a. Partiet Ba är således placerat närmare centrumpunkten 4c än matningsledningarna 7a, 7b och sträcker sig däremellan utan att göra kontakt. I denna aktiva del 8a förlöper matningsledningen på ett avstånd av ca 7 mm förbi tillhörande slits 4a.

Matningsledningarna 7a, 7b, 8 är således alla belägna i ett enda gemensamt plan och kommer ej att korsa eller kontakta varandra i någon punkt. Detta gör konstruktionen och tillverk- ningen relativt enkel. Anordnandet av endast ett dielektriskt skikt med tillhörande matningsnät 6 innebär givetvis en avse- värd besparing jämfört med de dubbla matningsnät som normalt användes i dag. 10 UT G1 c: -a c: s: o\ Praktiska tester har visat att det ovan beskrivna antennelemen- tet har utmärkta egenskaper i fråga om effektiv utstràlad ef- fekt i båda kanalerna liksom god isolation däremellan. Diagram- met i fig. 3 visar reflektionsförlusterna, som är större än 19 dB för båda kanalerna (S11, S22) och en isolation (S21) på ca 35 dB i frekvensbandet 1.85-1.99 GHz (dvs. i PCS bandet).

Det ovan beskrivna antennelementet kan modifieras inom ramen för patentkraven. Exempelvis behöver matningsledningarna ej ut- göras av mikrostripledningar utan kan bestå av konventionella koaxialkablar med en central ledare och en yttre skärm, varvid ledaren och skärmen är hoplödda till kontakt med motstående kanter på tillhörande slits. Det är givetvis även möjligt att stapla mer än en strålande patch i ett och samma antennelement.

Claims (8)

lO 15 20 25 30 35 507 076 i 6 PATENTKRAV

1. Väsentligen platt, aperturkopplat antennelement av det slag, som omfattar en flerskiktstruktur med en strålande patch (2) anordnad på ett dielektriskt skikt (1), ett elekt- riskt ledande jordplanskikt (3) med en korsformig apertur (4) med tvâ korsande slitsar (4a, 4b) vilka är i huvudsak centre- rade i förhållande till patchen, och ett dielektriskt skikt (5) försett med ett matningsnät (6) för matning av mikrovågsenergi via matningselementen (7,8) och nämnda korsformiga apertur (4) till nämnda patch (2) för att bringa den senare att alstra ett dubbelpolariserat mikrovågsstrålknippe som utbreder sig från antennelementet, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda fler- skiktstruktur innefattar ett enda dielektriskt skikt (5) för- sett med ett plant matningsnät (6) med ett första matningsele- ment (7), som har ett par matningsledningar vilka sträcker sig symmetriskt på var sin sida om aperturcentrum (4c), och ett andra matningselement (8) med en enda matningsledning belägen osymmetriskt på ena sidan om nämnda aperturcentrum utan att korsa nämnda första matningselement, varvid de båda matnings- elementen (8, 7) är orienterade och dimensionerade på så sätt att de separat exciterar var sin av nämnda slitsar (4a, 4b) från respektive mikrovågskanal.

2. Antennelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda andra matningselement (8) är beläget närmare nämnda aperturcentrum än nämnda första matningselement (7).

3. Antennelement enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att de båda matningsledningarna (7a, 7b) hos nämnda första matningselement sträcker sig väsentligen parallellt med varand- ra och vinkelrätt mot tillhörande slits (4b).

4. Antennelement enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda båda matningsledningar (7a, 7b) är väsentligen raka och är avgrenade från en tillhörande kanalledning (7c) hörande till nämnda matningsnät (6). 10 15 20

5. Antennelement enligt krav 2 och 3, k ä n n e t e c k- n a t a v att nämnda matningsledning (8) hos nämnda andra matningselement är belägen mellan, ehuru pà avstånd från änd- partierna (7aa, 7bb) hos det första matningselementets mat- ningsledningar.

6. Antennelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda plana matningsnät (6) består av mikrostripled- ningar anordnade på den sida av nämnda dielektriska skikt (5) som är vänd bort från nämnda jordplanskikt (3).

7. Antennelement enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v att matningsledningarna hos nämnda första och andra mat- ningselement har ändstubbpartier (7aa, 7bb, 8a) som sträcker sig förbi den punkt där respektive matningsledning korsar till- hörande slits på avstånd från aperturcentrum.

8. Antennelement enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda ändstubbpartier (7aa, 7bb, 8a) är omböjda i vinkel i det plan som definieras av nämnda matningsnät (6).